Наблюдения с помощью телескопа Very Large Telescope (VLT) Европейской южной обсерватории (ESO) впервые показали, что звезда S2, которая вращается вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного пути, движется точно так же, как это и предсказывала общая теория относительности Эйнштейна.

Художественная иллюстрация розеткообразной орбиты звезды S2 вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного пути. Она полностью соответствует предсказаниям общей теории относительности Эйнштейна, в то время как теория гравитации Ньютона предсказывает для орбиты форму эллипса. © ESO/L. Calçada

Как сообщает в журнале Astronomy & Astrophysics команда, возглавляемая Рейнхардом Гензелем, директором Института внеземной физики им. Макса Планка и инициатором 30-летней программы наблюдений, орбита наблюдаемой звезды имеет форму розетки (не электрической, а орнамента), в то время как Теория гравитации Ньютона предсказывает форму орбиты в виде эллипса: «Общая теория относительности Эйнштейна как раз и предполагает, что гравитационно связанные орбиты небесных тел не являются замкнутыми, как это описано в ньютоновской теории гравитации. Напротив, орбитальный эллипс звезды S2 сам испытывает вращение в направлении движения вокруг притягивающего тела. Этот известный эффект - впервые наблюдавшийся по орбите планеты Меркурий вокруг Солнца - был первым доказательством справедливости общей теории относительности».

И вот теперь ученые обнаружили тот же эффект, наблюдая движение звезды, которая вращается вокруг компактного радиоисточника Стрелец A* в центре Млечного Пути.

Кроме того, наблюдение еще раз подкрепляет доказательства того, что Стрелец A* является сверхмассивной черной дырой в 4 миллиона раз больше массы нашего Солнца, говорится в пресс-релизе ESO: «Расположенный на расстоянии 26 000 световых лет от Солнца, Стрелец A* и плотное скопление звезд вокруг него представляют собой уникальную лабораторию для проверки физики в другом, неизведанном и экстремальном гравитационном режиме. Одна из этих звезд, S2, движется в направлении сверхмассивной черной дыры на расстоянии менее 20 миллиардов километров (в сто двадцать раз больше расстояния от Солнца до Земли), что делает ее одной из самых близких уже обнаруженных звезд на орбите вокруг массивного гиганта. При своем максимальном приближении к черной дыре S2 движется в пространстве на скорости почти в три процента скорости света и совершает один оборот каждые 16 лет».

После более чем двух с половиной десятилетий наблюдений звезды в ее орбитальном движении астрономы могут с помощью точных измерений надежно определять прецессию Шварцшильда S2 на ее орбите вокруг Стрельца A*.

Подоплека

Большинство звезд и планет имеют орбиту, отклоняющуюся от круговой орбиты, и поэтому они иногда движутся в направлении объекта, вокруг которого они вращаются, а иногда от него. Орбита S2 такова, что положение ее точки, ближайшее к черной дыре большой массы, изменяется с каждым оборотом, так что следующая орбита поворачивается относительно предыдущей, создавая форму розетки (см. иллюстрацию и видео). Общая теория относительности предоставляет точный прогноз того, насколько изменяется ее орбита. И последние измерения в рамках этого долгосрочного исследования сейчас уже точно соответствуют теории. Этот эффект, известный как прецессия Шварцшильда, ранее никогда не измерялся для звезды, вращающейся вокруг сверхмассивной черной дыры.

В то же время, исследование предоставляет ученым и новые подсказки об окружающей среде сверхмассивной черной дыры в самом центре нашей галактики. «Поскольку измерения S2 так хорошо вписываются в общую теорию относительности, мы можем определить строгие рамки количества невидимого материала, такого как распределенная темная материя или, возможно, более мелкие черные дыры вокруг Стрельца A*», - объясняют Гай Перрин и Карин Перро, ведущие французские исследователи проекта. - «Это представляет большой интерес для понимания происхождения и развития черных дыр с большой массой».

В ходе будущих наблюдений, в частности, с использованием будущего «Экстремально большого телескопа» (Extremely Large Telescope) (ELT) от ESO, астрономы надеются увидеть и гораздо более слабые звезды, которые вращаются даже еще ближе к сверхмассивной черной дыре. «Если нам повезет, мы сможем разглядеть звезды настолько близкие к черной дыре, что они действительно чувствуют ее (черной дыры) вращение, то есть спин», - заключает Андреас Экарт из Кельнского университета, один из ведущих ученых проекта. - «А это значит, что мы сможем измерить сразу два параметра, спин и массу, которые характеризуют Стрелец A*, и определить пространство и время вокруг него. И это стало бы совершенно другим уровнем проверки теории относительности».